Связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля.

Для работы на перемещении можно написать два эквивалентных выражения.

Знак « - » во второй формуле связан с тем, что работа сил поля над зарядом равна убыли потенциальной энергии заряда.

Сравнение двух формул приводит к связи между потенциалом поля и вектором напряженности электростатического поля .

Отсюда

; ; .

Вектор можно представить как , подставляя выражения для компонентов вектора , получим:

Выражение в скобках есть не что иное как , окончательно получаем:

Напряженность поля равна градиенту потенциала, взятому со знаком минус.

5. Распределение свободных зарядов в проводнике. В заряженном проводнике избыточные зарядырасполагаются на его поверхности вследствие кулоновского отталкивания. Одноименные заряды отталкиваются и стремятся расположиться как можно дальше друг от друга.

Как показывает опыт, распределение зарядов по поверхности проводника не равномерно и существенно зависит от формы его поверхности. Плотность зарядов невелика там, где кривизна незначительна или даже отрицательна. Для случая электростатики напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю ( ), иначе заряды в проводнике перемещались бы под действием сколь угодно малого поля, а это уже электрический ток. Это означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным. ( ). Следовательно, в случае равновесия зарядов поверхность проводника должна быть эквипотенциальной.На поверхности проводника напряженность поля должна быть направлена перпендикулярно (иначе вдоль поверхности потечет ток).

Электрические заряды располагаются на поверхности проводника с некоторой плотностью , создают вне проводника электрическое поле. Представим небольшую цилиндрическую поверхность, образованную нормалями к поверхности проводника и достаточно малыми основаниями , одно из которых располагается внутри, а другое вне проводника (рис. 19.1). Поток вектора электрического смещения через внутреннюю часть поверхности равен нулю, так как внутри проводника , а значит .

Рис. 19.1

Вне проводника в непосредственной близости к нему напряженность направлена по нормали к поверхности , а значит .

Напряженность электрического поля вблизи поверхности проводника пропорциональна поверхностной плотности заряда .

Вблизи выпуклых частей тел поле может быть настолько большим, что происходит ионизация окружающего атмосферного воздуха и коронный разряд.

Электростатическая защита.

При внесении незаряженного проводника в электрическое поле происходит разделение зарядов, свободные заряды образуют на одной стороне избыток отрицательных зарядов, а на другой – избыток положительных зарядов (рис. 19.2).

Это явление называется электростатической индукцией, а заряды – индуцированными зарядами. При равновесном состоянии поле внутри проводника равно нулю. Линии напряженности вне проводника перпендикулярны к его поверхности. Нейтральный проводник, внесенный в электрическое поле, разрывает часть линий напряженности – они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах. Внутри поле отсутствует.

Рис. 19.2

6. Характеристики электрического тока и условия его существования.

Электродвижущая сила, напряженность.

Величина, равная отношению работы сторонних сил по перенесению заряда к величине этого заряда называется электродвижущей силой (ЭДС).

ЭДС измеряется в тех же единицах что и потенциал, т.е. в вольтах (В).

ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности сторонних сил.

Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля . Результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд, равна:

Величина, численно равная отношению работы и электростатических и сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда называется падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи .

Это уравнение выражает закон Ома для неоднородного участка цепи (с ЭДС).

Закон Ома.

Средний путь, проходимый свободно движущимися электронами между двумя последовательными столкновениями с ионами решетки называется средней длинной свободного пробега . Среднее время между двумя столкновениями (определяется скоростью хаотического движения).

Коэффициент пропорциональности между и обозначим ( - проводимость). В результате получим закон Ома в локальной форме (параметры относятся к данной точке сечения проводника).

Закон Джоуля – Ленца.

Зная, что в результате получим закон Джоуля – Ленца в локальной форме:

Тепловая мощность, выделяющаяся в единице объема при протекании электрического тока пропорциональна квадрату напряженности поля.

Переходя от и к и : ( , ), получим , или

Получили другую форму закона Джоуля – Ленца. (Объемная плотность тепловой мощности равна произведению удельного сопротивления на квадрат плотности тока).

7. Плазма в зависимости от способа создания может иметь различную температуру. Тепловую энергию частицы можно оценить произведением постоянной Больцмана на температуру . Если

плазма считается низкотемпературной. (При этом температура может быть К!). В плазме есть примесь нейтрального газа.

Применение плазмы: газовых лазерах и источниках связи. Плазмохимических процесса и очистке газов от примесей, для обработки поверхностей и в металлургии.

При

плазма считается высокотемпературной. Примесей нейтрального газа практически нет. Плазма состоит из электронов и ионов.

8.Понятие магнитного поля. Магнитное поле – силовое поле, основным свойством которого, является действие на проводники с током или движущиеся заряды в этом поле.